計算機導(dǎo)論第一章 緒論

1、計算機導(dǎo)論計算機導(dǎo)論 計算機導(dǎo)論u 第一章 緒論 計算機的特點及分類 本章主要內(nèi)容計算機的產(chǎn)生計算機的發(fā)展計算機的用途1.11.21.31.41.1 計算機的產(chǎn)生u介紹n計算機無疑是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，微型機的出現(xiàn)以及計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，大大促進了社會的信息化進程以及知識經(jīng)濟的發(fā)展，引起了社會的深刻變革。目前，計算機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，逐漸改變著我們的工作、生活和學(xué)習(xí)方式。1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程算籌：算籌：以縱橫兩種排列方式來表示單位數(shù)目。以縱橫兩種排列方式來表示單位數(shù)目。表示多位數(shù)時，個位用縱式，十位用橫式，百表示多位數(shù)時，個位用縱式，十位用橫式，百位用縱式，千位用橫式，以

2、此類推，遇零則置位用縱式，千位用橫式，以此類推，遇零則置空。空。數(shù)字數(shù)字縱式縱式橫式橫式1 2 3 4 5 6 7 8 919981.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程算盤：算盤：通過手動完成從低位到高位的數(shù)字傳送通過手動完成從低位到高位的數(shù)字傳送，數(shù)字由算珠的數(shù)量表示，數(shù)位則由算珠的位，數(shù)字由算珠的數(shù)量表示，數(shù)位則由算珠的位置來確定。置來確定。梁檔1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程機械式計算機：機械式計算機：借助于各種機械裝置自動傳送十借助于各種機械裝置自動傳送十進位，而機械裝置的動力來自計算人員的手。進位，而機械裝置的動力來自計算人員的手。u1642年法國數(shù)學(xué)家年法國數(shù)學(xué)家帕斯卡帕斯卡（B.Pasca

3、l） 基于齒基于齒輪技術(shù)制造了一臺能夠進行輪技術(shù)制造了一臺能夠進行加法和減法運算的計加法和減法運算的計算器算器。被稱為人類歷史上第一臺機械式計算機。被稱為人類歷史上第一臺機械式計算機。1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程 1673年德國數(shù)學(xué)家年德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨萊布尼茨制造了一個能進行制造了一個能進行加、減、乘、除及開方加、減、乘、除及開方運算的計算機。這是繼帕運算的計算機。這是繼帕斯卡加法機后，計算工具的又一進步。斯卡加法機后，計算工具的又一進步。 1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程 1822年英國數(shù)學(xué)家年英國數(shù)學(xué)家巴貝奇巴貝奇設(shè)計了差分機（計設(shè)計了差分機（計算平方表和函數(shù)數(shù)值表），算平方表和函數(shù)數(shù)值

4、表），1834年他又提出年他又提出分析機的設(shè)想。是提出用程序控制計算思想的分析機的設(shè)想。是提出用程序控制計算思想的第一人。第一人。1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程機電式計算機：機電式計算機：使用電力做動力，但計算機構(gòu)本身還使用電力做動力，但計算機構(gòu)本身還是機械的。是機械的。 1888年美國人年美國人霍勒瑞斯霍勒瑞斯制造第一臺機電式計算機。制造第一臺機電式計算機。1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程 1944年，在年，在IBM公司的資助下，由美國人公司的資助下，由美國人霍霍華德華德艾肯艾肯提出的自動序列控制演算器（提出的自動序列控制演算器（Mark I）正式在哈佛大學(xué)投入運行。）正式在哈佛大學(xué)投入運行。

5、1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程 1936年，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家年，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家圖靈圖靈發(fā)表了著名的發(fā)表了著名的“理想計算機理想計算機”的論文，的論文，提出了現(xiàn)代通用數(shù)字計算機的數(shù)學(xué)模型提出了現(xiàn)代通用數(shù)字計算機的數(shù)學(xué)模型，這種理論機器被稱為，這種理論機器被稱為圖靈機圖靈機。 他是世界上公認的計算機科學(xué)的奠基他是世界上公認的計算機科學(xué)的奠基人。人。為紀(jì)念圖靈對計算機科學(xué)的貢獻，為紀(jì)念圖靈對計算機科學(xué)的貢獻，美國計算機學(xué)會美國計算機學(xué)會19661966年創(chuàng)立了年創(chuàng)立了“圖靈獎圖靈獎”，每年頒發(fā)給在計算機科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)，每年頒發(fā)給在計算機科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先研究人員，號稱計算機業(yè)界和學(xué)術(shù)界先研究人員，號

6、稱計算機業(yè)界和學(xué)術(shù)界的諾貝爾獎。的諾貝爾獎。 圖靈1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程1946年年2月，美國賓夕法尼亞大月，美國賓夕法尼亞大學(xué)工程師學(xué)工程師?？颂匕？颂睾臀锢韺W(xué)家和物理學(xué)家莫莫奇利奇利為首的數(shù)十人共同開發(fā)了為首的數(shù)十人共同開發(fā)了世界上第一臺通用電子數(shù)字計世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機埃尼阿克算機埃尼阿克 （ENIAC）（The Electronic Numerical Integrator and Computer，電子，電子數(shù)值積分計算機）。數(shù)值積分計算機）。1.1 計算機的產(chǎn)生u發(fā)展歷程被公認為第一臺使用電子線被公認為第一臺使用電子線路來執(zhí)行算術(shù)、邏輯運算和路來執(zhí)行算術(shù)、邏輯運算

7、和信息存儲工作的計算機。奠信息存儲工作的計算機。奠定了電子計算機的發(fā)展基礎(chǔ)，定了電子計算機的發(fā)展基礎(chǔ)，開辟了計算機科學(xué)技術(shù)的新開辟了計算機科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。紀(jì)元。1.1 計算機的產(chǎn)生長：長：30.48米米寬：寬：1米米占地面積：占地面積：170平方米平方米操作臺：操作臺：30個個重量：重量：30噸噸耗電量：耗電量：150千瓦千瓦造價：造價：48萬美元萬美元真空管：真空管：17468個個水晶二極管：水晶二極管：7200個個速度：速度：5000次次/秒秒1.1 計算機的產(chǎn)生1.1 計算機的產(chǎn)生1.1 計算機的產(chǎn)生1.1 計算機的產(chǎn)生1.1 計算機的產(chǎn)生 美籍華裔科學(xué)家美籍華裔科學(xué)家朱傳榘朱傳榘19

8、19年生于天津，年生于天津，1939年赴美留學(xué)，年赴美留學(xué)，1946年在美年在美國賓夕法尼亞大學(xué)與其他國賓夕法尼亞大學(xué)與其他5人共同發(fā)明了世界上第一臺人共同發(fā)明了世界上第一臺計算機計算機ENIAC，獲得電子和，獲得電子和電氣工程師協(xié)會（電氣工程師協(xié)會（IEEE）的）的“ 計 算 機 先 驅(qū) 獎計 算 機 先 驅(qū) 獎 ”（Computer Pioneer Award）。）。1.1 計算機的產(chǎn)生u ENIAC的主要任務(wù)是的主要任務(wù)是分析分析炮彈軌跡。炮彈軌跡。當(dāng)當(dāng)ENIAC公開展出時公開展出時，一條炮彈的軌道用，一條炮彈的軌道用20s就能算出來，比就能算出來，比炮彈本身的飛行速度炮彈本身的飛行速度

9、還快。還快。1.1 計算機的產(chǎn)生u 1946年年6月美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮月美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼等提出關(guān)于電子計算裝置諾依曼等提出關(guān)于電子計算裝置邏輯邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究報告。電子計算機應(yīng)的研究報告。電子計算機應(yīng)該是：該是：以以二進制二進制為運算基礎(chǔ)，采用為運算基礎(chǔ)，采用0,1符號符號編碼；編碼；采用采用存儲程序存儲程序方式工作。并進一步明方式工作。并進一步明確確其結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)應(yīng)由應(yīng)由五五個部分組成：個部分組成：運算器運算器、控制器控制器、存儲器存儲器、輸入裝置輸入裝置和和輸出輸出裝置裝置。至今絕大部分的計算機還是采用馮至今絕大部分的計算機還是采用馮諾依曼計算機模式。諾依曼計算機模式。Jo

10、hn von Neumann馮馮 諾依曼諾依曼1.21 計算機的發(fā)展簡史u 1.第一代計算機第一代計算機（1946年年1958年）年）邏輯器件使用邏輯器件使用電子管電子管運算速度為每秒運算速度為每秒幾千幾千次次沒有計算機軟件，使用機器語言編制程序沒有計算機軟件，使用機器語言編制程序主要用于軍事和科學(xué)計算主要用于軍事和科學(xué)計算體積大、耗能高、速度慢體積大、耗能高、速度慢電子管1.21 計算機的發(fā)展簡史2.第二代計算機第二代計算機（1959年年1964年）年） 使用使用晶體管晶體管代替了電子管代替了電子管 運算速度每秒運算速度每秒幾十萬幾十萬次次 提出了操作系統(tǒng)的概念（系統(tǒng)管理軟件），開始提出了操

11、作系統(tǒng)的概念（系統(tǒng)管理軟件），開始使用使用FORTRAN等高級語言等高級語言 不僅用于科學(xué)計算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理不僅用于科學(xué)計算，還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理 體積縮小、能耗降低、速度顯著提高體積縮小、能耗降低、速度顯著提高晶體管1.21 計算機的發(fā)展簡史u3.第三代計算機第三代計算機（1965年年1971年）年） 用小規(guī)?；蛑幸?guī)模用小規(guī)?；蛑幸?guī)模集成電路集成電路； 運算速度達到每秒運算速度達到每秒幾十萬幾十萬次到次到幾百萬幾百萬次次 出現(xiàn)了操作系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法出現(xiàn)了操作系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法 開始應(yīng)用于各個領(lǐng)域開始應(yīng)用于各個領(lǐng)域小規(guī)模集成電路1.21 計算機的發(fā)展簡史u

12、4.第四代計算機第四代計算機（1972年現(xiàn)在）年現(xiàn)在） 使用了使用了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 運算速度從每秒運算速度從每秒幾百萬幾百萬次到次到億萬億萬次以上次以上 操作系統(tǒng)不斷完善，計算機軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)展操作系統(tǒng)不斷完善，計算機軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)展 進入到人們生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域進入到人們生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域超大規(guī)模集成電路1.22 我國計算機的發(fā)展n第一代電子管計算機研制(1958-1964年) 1958年年8月月1日，我國第一臺通用小型計算機日，我國第一臺通用小型計算機103機機研制成功研制成功 1959年年10月月1日，我國第一臺大型通用計算機日，我國

13、第一臺大型通用計算機104機機研制成功研制成功 1960年，我國第一臺自行設(shè)計的計算機年，我國第一臺自行設(shè)計的計算機107機機研研制成功，運算速度為制成功，運算速度為250次每秒次每秒 1964年，我國第一臺自行設(shè)計的大型通用計算機年，我國第一臺自行設(shè)計的大型通用計算機119機機研制成功，浮點運算速度為研制成功，浮點運算速度為5萬次每秒萬次每秒1.22 我國計算機的發(fā)展n第二代晶體管計算機研制(1965-1972年) 1965年年4月，我國第一臺自行設(shè)計的晶體管月，我國第一臺自行設(shè)計的晶體管計算機計算機441-B通過國家鑒定，運算速度為通過國家鑒定，運算速度為1.2萬次每秒浮點運算萬次每秒浮點

14、運算 1967年年9月，大型通用晶體管計算機月，大型通用晶體管計算機109丙丙研制成功，浮點運算速度為研制成功，浮點運算速度為11.5萬次每秒萬次每秒1.22 我國計算機的發(fā)展n第三代基于中小規(guī)模集成電路的計算機研制(1973-80年代初)1973年8月，集成電路計算機150機研制成功1983年11月，研制成功我國第一臺大型向量機-757機1983年11月，運算速度為1億次每秒的向量巨型計算機銀河-在國防科技大學(xué)研制成功1.22 我國計算機的發(fā)展n第四代基于超大規(guī)模集成電路的計算機研制(80年代中期至今) 1985年研制成功與年研制成功與IBM PC機兼容的機兼容的長城長城0520CH微機微機

15、 1992年年11月，研制成功月，研制成功10億次每秒的億次每秒的銀河銀河- 1997年年6月，研制成功月，研制成功130億次每秒的億次每秒的銀河銀河- 1.22 我國計算機的發(fā)展 1993年年10月中科院計算所研制成功月中科院計算所研制成功曙光一號計算機曙光一號計算機 1995年以后，研制成功年以后，研制成功曙光曙光1000/2000/3000/4000A 2008年年6月，超級計算機月，超級計算機曙光曙光5000A研制成功，使用了研制成功，使用了 6600顆顆AMD巴塞羅那型巴塞羅那型4核處理器，峰值運算速度達到每秒核處理器，峰值運算速度達到每秒230萬億次，萬億次，世界高性能計算機排名第

16、十世界高性能計算機排名第十1.22 我國計算機的發(fā)展 2009年年10月月29， “天河一號天河一號”千萬億次超級計算機千萬億次超級計算機系統(tǒng)，居美國之后，這個速度意味著，如果用系統(tǒng)，居美國之后，這個速度意味著，如果用“天河一天河一號號”計算一天，一臺當(dāng)前主流微機得算計算一天，一臺當(dāng)前主流微機得算160年。年?！疤旌犹旌右惶栆惶枴钡拇鎯α?，則相當(dāng)于的存儲量，則相當(dāng)于4個國家圖書館藏書量之和。個國家圖書館藏書量之和。1.22 我國計算機的發(fā)展2002年年9月，我國首枚具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性月，我國首枚具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能通用能通用 CPU芯片芯片龍芯龍芯1號號通過鑒定通過鑒定2006年年9月

17、，增強型月，增強型龍芯龍芯2號號龍芯龍芯2E通過鑒定，通過鑒定，主頻最高達到主頻最高達到1GHz，定點運算速度達到每秒，定點運算速度達到每秒20億億次次2007年年5月月2日，性能更優(yōu)的日，性能更優(yōu)的龍芯龍芯2F開始流行開始流行1.22 我國計算機的發(fā)展2011年年4月，北京龍芯中科技術(shù)服務(wù)中心有限公司月，北京龍芯中科技術(shù)服務(wù)中心有限公司宣布宣布8核龍芯核龍芯3B處理器已于今年年初流片成功處理器已于今年年初流片成功作為國家作為國家“核高基核高基”重大專項的主要研發(fā)成果之重大專項的主要研發(fā)成果之一，未來，龍芯一，未來，龍芯3B將主要應(yīng)用于高性能計算機、高將主要應(yīng)用于高性能計算機、高性能服務(wù)器、大

18、型超算中心等領(lǐng)域性能服務(wù)器、大型超算中心等領(lǐng)域1.23 計算機的發(fā)展趨勢 在五十多年的時間里，計算機的性能得到了驚人的提高，計算機的價格不斷大幅下降，為計算機的普及創(chuàng)造了有利的條件。計算機的應(yīng)用有力地推動了國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，同時也對計算機技術(shù)提出了更高的要求，從而促進了計算機的進一步發(fā)展。以超大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，未來的計算機將向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化的方向發(fā)展。1.31 計算機的特點1.運算速度快：運算速度快：每秒數(shù)萬億次每秒數(shù)萬億次2.計算精度高：計算精度高：理論上不受限制理論上不受限制3.存儲能力強：存儲能力強：存儲容量越來越大存儲容量越來越大4.具有邏輯判斷能力：

19、具有邏輯判斷能力：算術(shù)運算、邏輯運算、判算術(shù)運算、邏輯運算、判斷或比較斷或比較5.具有自動執(zhí)行能力：具有自動執(zhí)行能力：無需人工干預(yù)無需人工干預(yù)1.32 計算機的分類1.按計算機用途分類按計算機用途分類通用計算機通用計算機：為了能夠解決各種問題，具有較強：為了能夠解決各種問題，具有較強的通用性而設(shè)計的計算機。它具有一定的運算速的通用性而設(shè)計的計算機。它具有一定的運算速度和存儲容量，帶有通用的外設(shè)，配備各種系統(tǒng)度和存儲容量，帶有通用的外設(shè)，配備各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件軟件和應(yīng)用軟件專用計算機專用計算機：為了解決一個或一類特定問題而專：為了解決一個或一類特定問題而專門設(shè)計的計算機。其軟硬件的配置依據(jù)解

20、決問題門設(shè)計的計算機。其軟硬件的配置依據(jù)解決問題的需要而定的需要而定1.32 計算機的分類2.按處理對象分類按處理對象分類數(shù)字式電子計算機數(shù)字式電子計算機：處理非連續(xù)：處理非連續(xù)變化的數(shù)據(jù)變化的數(shù)據(jù)，這，這些數(shù)據(jù)在時間上是離散的。其基本運算部件是數(shù)字些數(shù)據(jù)在時間上是離散的。其基本運算部件是數(shù)字邏輯電路邏輯電路模擬式電子計算機模擬式電子計算機：處理連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些：處理連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的。其基本運算部件是由運算數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的。其基本運算部件是由運算放大器構(gòu)成的微分器、積分器和通用函數(shù)運算器等放大器構(gòu)成的微分器、積分器和通用函數(shù)運算器等組成組成混合式電子計算機混合式

21、電子計算機：可處理數(shù)字量和模擬量：可處理數(shù)字量和模擬量1.32 計算機的分類3.按規(guī)模和處理能力分類（按規(guī)模和處理能力分類（IEEE）巨型機巨型機：超級計算機，功能最強，價格最貴：超級計算機，功能最強，價格最貴小巨型機小巨型機：與巨型機相比，價格大幅降低：與巨型機相比，價格大幅降低大型機大型機：主機，具有很強的管理和處理數(shù)據(jù)的能：主機，具有很強的管理和處理數(shù)據(jù)的能力，在大企業(yè)、銀行等單位使用力，在大企業(yè)、銀行等單位使用小型機小型機：中小企業(yè)，：中小企業(yè)，VAX-II, DJS-2000工作站工作站：高檔微機，具有很強的圖形處理能力，：高檔微機，具有很強的圖形處理能力，應(yīng)用于計算機輔助設(shè)計，應(yīng)用

22、于計算機輔助設(shè)計，Sun工作站工作站個人計算機個人計算機：IBM PC，Apple1.32 計算機的分類4.按照計算機工作模式分類按照計算機工作模式分類服務(wù)器服務(wù)器：一種可供網(wǎng)絡(luò)用戶共享的，高性能和計：一種可供網(wǎng)絡(luò)用戶共享的，高性能和計算機、服務(wù)器一般具有大容量的存儲設(shè)備和豐富的算機、服務(wù)器一般具有大容量的存儲設(shè)備和豐富的外部設(shè)備外部設(shè)備工作站工作站：工作站是一種高檔的微機系統(tǒng)。其最突：工作站是一種高檔的微機系統(tǒng)。其最突出的特點是圖形性能優(yōu)越，具有很強的圖形交互處出的特點是圖形性能優(yōu)越，具有很強的圖形交互處理能力，因此在工程領(lǐng)域、特別是在計算機輔助設(shè)理能力，因此在工程領(lǐng)域、特別是在計算機輔助設(shè)計（計（CAD）領(lǐng)域得到了廣泛運用。）領(lǐng)域得到了廣泛運用。1.4 計算機的用途1.科學(xué)計算：科學(xué)計算：解決科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計中存在的大解決科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計中存在的大量的數(shù)學(xué)計算問題。量的數(shù)學(xué)計算問題。2.信息處理：信息處理：信息處理是對原始數(shù)據(jù)進行收集、整信息處理是對原始數(shù)據(jù)進行收集、整理、存儲和輸出等的加工過程。如財務(wù)管理、理、存儲和輸出等的加工過程。如財務(wù)